A importância do tratamento biológico de esgoto no Brasil e as tecnologias existentes

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ARTIGO ORIGINAL

NEIVA, Thiago Botelho [1], NUMATA, Fernando [2]

NEIVA, Thiago Botelho. NUMATA, Fernando. A importância do tratamento biológico de esgoto no Brasil e as tecnologias existentes. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 06, Ed. 09, Vol. 04, pp. 110-134. Setembro de 2021. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-ambiental/esgoto-no-brasil

RESUMO

Este artigo abordou a importância do tratamento de esgoto, meio ao cenário negativo em que o Brasil se encontra no que se refere a índices de saneamento básico, de forma a garantir a disponibilidade de água, em qualidade e quantidade, para as futuras gerações. Por meio da metodologia de pesquisa bibliográfica, foram identificados os níveis de tratamento de esgoto, dentre os quais se focou no tratamento secundário, onde predominam mecanismos biológicos, pois é a forma mais eficiente de remoção da matéria orgânica dos esgotos, com custo relativamente baixo, se comparado a outros tipos de tratamento. Assim, como objetivo geral, foram apresentadas as principais tecnologias de tratamento biológico de águas residuárias, atualmente utilizadas no Brasil, sem aprofundar nos respectivos aspectos de dimensionamento. Além disso, realizou-se o balanço das vantagens e desvantagens dessas tecnologias, bem como a análise comparativa de suas características técnicas mais relevantes, tais como, eficiência na remoção da DBO (demanda bioquímica de oxigênio); requisitos de área, energia etc. Também foi apresentado o cenário em que o Brasil se encontra em relação ao esgotamento sanitário e demonstrado que é baixa a probabilidade de o País alcançar a meta, nesse quesito, de cobertura da população brasileira com soluções adequadas em médio prazo. Concluiu-se que a não adoção de qualquer sistema de tratamento é inconcebível diante do grande número de alternativas disponíveis a custos relativamente baixos. Para tanto, somente a conscientização da população é capaz de forçar os governantes a priorizarem os investimentos adequados em saneamento básico, para que seja alcançada a universalização dos serviços de tratamento adequado de esgoto. Espera-se, também, que a aprovação do novo marco legal do saneamento conduza o país ao alcance de melhores índices de tratamento de esgoto, pois a nova legislação impulsionará a prestação de melhores serviços à população, o que pode mudar, em médio prazo, o cenário negativo em que o País se encontra nesse quesito.

Palavras-chave: tratamento de esgoto, Sistemas de tratamento, Tratamento biológico.

1. INTRODUÇÃO

Para que no Brasil, os índices de tratamento de esgoto se tornem melhores, é importante que a população cobre dos governantes que priorizem investimentos em saneamento básico. Com esse intuito, é importante esclarecer que o retorno do valor investido vem acompanhado de diversos benefícios para a sociedade, tais como a diminuição da mortalidade infantil, redução de gastos com saúde e a prevenção de diversas doenças que acometem a população.

Segundo a Pesquisa Nacional de Saneamento Básico – PNSB 2008, realizada pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE (2010, p. 40), “pouco mais da metade dos municípios brasileiros (55,2%) tinham serviço de esgotamento sanitário por rede coletora”. Entretanto, não basta que o esgoto seja adequadamente coletado por meio de uma rede geral. É necessário que também seja tratado, caso contrário, o seu lançamento no corpo d’água impactará negativamente na qualidade dos recursos hídricos disponíveis. Tal pesquisa constatou também que, em 2008, “apenas 28,5% dos municípios brasileiros trataram de seu esgoto” (IBGE, 2010, p. 45), o que demonstra a necessidade de se aprimorar as políticas públicas na área de saneamento básico.

Da água disponível, apenas 0,8% podem ser utilizada mais facilmente para abastecimento público. Desta pequena fração de 0,8%, apenas 3% apresentam-se na forma de água superficial, de extração mais fácil. Esses valores ressaltam a grande importância de se preservar os recursos hídricos na Terra, e de se evitar a contaminação da pequena fração mais facilmente disponível (SPERLING, 1996, p.13).

O tratamento de esgoto, além de garantir a disponibilidade de água para abastecimento da população, está associado diretamente à questão sanitária, já que visa, fundamentalmente, ao controle e à prevenção de doenças a ele relacionadas.

Segundo o Manual de Saneamento da Fundação Nacional de Saúde – FUNASA (2007, p. 153), o tratamento de esgoto visa: 

      • evitar a poluição do solo e dos mananciais de abastecimento de água;
      • evitar o contato de vetores com as fezes;
      • propiciar a promoção de novos hábitos higiênicos na população;
      • promover o conforto e atender ao senso estético.

No que concerne à importância econômica, o tratamento de esgoto, segundo o Manual de Saneamento da FUNASA (2007, p. 154), está relacionado aos seguintes aspectos:

      • aumento da vida média do homem, pela redução da mortalidade em consequência da redução dos casos de doenças;
      • diminuição das despesas com o tratamento de doenças evitáveis;
      • redução do custo do tratamento da água de abastecimento, pela prevenção da poluição dos mananciais;
      • controle da poluição das praias e dos locais de recreação com o objetivo de promover o turismo;
      • preservação da fauna aquática, especialmente os criadouros de peixes.

A introdução de matéria orgânica em um corpo d’água resulta, indiretamente, no consumo de oxigênio dissolvido. Isso se deve aos processos de estabilização da matéria orgânica realizados pelas bactérias decompositoras, as quais utilizam o oxigênio disponível no meio líquido para a sua respiração. O decréscimo da concentração de oxigênio dissolvido tem diversas implicações do ponto de vista ambiental, constituindo-se, como já dito, em um dos principais problemas de poluição das águas em nosso meio (SPERLING, 1996, p.93).

Assim, como objetivo geral, serão apresentadas as principais tecnologias de tratamento biológico de águas residuárias, atualmente utilizadas no Brasil, sem aprofundar nos respectivos aspectos de dimensionamento. Além disso, como objetivos específicos, será realizado balanço das vantagens e desvantagens dessas tecnologias, bem como a análise comparativa de suas características técnicas mais relevantes, tais como eficiência na remoção da DBO; requisitos de área, energia etc.

Para tanto, será utilizada a metodologia de pesquisa bibliográfica, para estudo e melhor abordagem do tema em relação aos aspectos técnicos.

Para garantir água de qualidade e em quantidade suficiente para as futuras gerações, é fundamental o uso racional dos recursos hídricos disponíveis, para que seja alcançado um desenvolvimento econômico-social compatível com a conservação do meio ambiente.

Portanto, investir no tratamento de esgoto é socialmente indispensável, economicamente viável e ambientalmente necessário, sendo tal ação uma condição necessária para o alcance da sustentabilidade. Entretanto, meio à situação precária em que o Brasil se encontra no que se refere a índices de saneamento básico, principalmente em relação ao reduzido número de tratamento adequado do esgoto gerado, o que fazer para mudar esse cenário?

Apesar das inúmeras tecnologias existentes, entende-se que deva haver uma melhor conscientização da população, como questão norteadora, para guiar o País em um rumo diferente da situação em que se encontra em termos de tratamento de esgoto.

2. DESENVOLVIMENTO

3. OS NÍVEIS DE TRATAMENTO DO ESGOTO E O TRATAMENTO BIOLÓGICO

 A água é um recurso natural escasso, portanto o uso racional do mesmo deve ser encarado como uma questão de sobrevivência das futuras gerações. Nesse sentido, ela deve ser tratada de forma a retornar à natureza em condições de reuso pela população.

Segundo Marcos Von Sperling (1996), para adequar o lançamento do esgoto tratado ao padrão de qualidade requerido, a remoção dos poluentes associa-se aos conceitos de nível e eficiência do tratamento.

O tratamento de esgoto é usualmente classificado por meio dos seguintes níveis, segundo Marcos Von Sperling (1996):

      • tratamento preliminar: objetiva apenas a remoção de sólidos grosseiros;
      • tratamento primário: visa a remoção de sólidos sedimentáveis e parte da matéria orgânica, predominando os mecanismos físicos;
      • tratamento secundário: onde predominam mecanismos biológicos, com objetivo principal de remoção de matéria orgânica e de nutrientes (nitrogênio e fósforo);
      • tratamento terciário: objetiva a eliminação de compostos tóxicos, a exemplo de metais pesados, e matérias não biodegradáveis ou, ainda, a remoção complementar de poluentes não suficientemente removidos no tratamento secundário.

O tratamento preliminar do esgoto destina-se principalmente à remoção de sólidos grosseiros e areia, no qual prevalecem mecanismos básicos de ordem física, como peneiramento e sedimentação. São exemplos de processos de separação desses sólidos: o gradeamento, o uso de peneiras rotativas, trituradores e desarenadores. Nessa fase, o esgoto será preparado para as fases de tratamento subsequentes, já que a remoção de sólidos grosseiros e areia, segundo Marcos Von Sperling (1996), tem a finalidade de:

      • proteção dos dispositivos de transporte dos esgotos (bombas e tubulações);
      • proteção das unidades de tratamento subsequentes;
      • proteção dos corpos receptores;
      • evitar abrasão nos equipamentos e tubulações;
      • eliminar ou reduzir a possibilidade de obstrução em tubulações, tanques, orifícios, sifões etc.;
      • facilitar o transporte líquido, principalmente a transferência de lodo, em suas diversas fases.

O tratamento primário destina-se à remoção de sólidos em suspensão sedimentáveis e sólidos flutuantes.

Os esgotos, após passarem pelas unidades de tratamento preliminar, contêm ainda os sólidos em suspensão não grosseiros, os quais podem ser parcialmente removidos em unidades de sedimentação. Uma parte significativa destes sólidos em suspensão é compreendida pela matéria orgânica em suspensão. Assim, a sua remoção por processos simples como a sedimentação implica na redução da carga de DBO dirigida ao tratamento secundário, onde a sua remoção é de certa forma mais custosa. (SPERLING, 1996, p.184).

Nessa fase, onde se separa a água dos materiais poluentes a partir da sedimentação, é possível utilizar agentes químicos coagulantes, com objetivo de possibilitar a formação de flocos de matéria poluente de maiores dimensões, que são mais facilmente decantáveis.

Esse processo ocorre no decantador primário. A função dessa unidade é clarificar o esgoto, removendo os sólidos que, isoladamente ou em flocos, podem sedimentar seu próprio peso. As partículas que sedimentam, ao se acumularem no fundo do decantador, formam o chamado lodo primário, que é daí retirado. Nessa unidade, também são removidos os materiais flutuantes, como espuma, óleos e graxas, para posterior tratamento.

Segundo Marco Von Sperling (1996), o tratamento secundário tem o objetivo principal de remover a matéria orgânica do esgoto, que se apresenta nas seguintes formas:

      • matéria orgânica dissolvida (DBO solúvel), a qual não é removida por processos meramente físicos, como o de sedimentação, que ocorre no tratamento primário;
      • matéria orgânica em suspensão (DBO suspensa ou particulada), a qual é em grande parte removida no tratamento primário, mas cujos sólidos de decantabilidade mais lenta persistem na massa líquida.

Enquanto nos tratamentos preliminar e primário predominam mecanismos de ordem física, no tratamento secundário a remoção da matéria orgânica ocorre por meio de processos biológicos, realizados por microrganismos presentes no esgoto.

A base de todo o processo biológico é o contato efetivo entre esses organismos e o material orgânico contido nos esgotos, de tal forma que esse possa ser utilizado como alimento pelos microrganismos. Os microrganismos convertem a matéria orgânica em gás carbônico, água e material celular. Essa decomposição biológica do material orgânico requer a presença de oxigênio como componente fundamental dos processos aeróbios, além da manutenção de outras condições ambientalmente favoráveis, como temperatura, PH, tempo de contato etc. (SPERLING, 1996, p.185).

Existe uma grande variedade de métodos de tratamento a nível secundário, sobre os quais o item 2 deste artigo abordará o assunto mais detalhadamente.

O tratamento terciário tem a finalidade de promover a desinfecção das águas residuais tratadas para a remoção dos organismos patogênicos ou, em casos especiais, a remoção de determinados nutrientes, como o nitrogênio e o fósforo, que podem potencializar, isoladamente ou em conjunto, a eutrofização das águas receptoras. São exemplos de usos no tratamento terciário: cloro, ozônio, dióxido de cloro e radiação ultravioleta.

Os processos biológicos de tratamento procuram reproduzir, em dispositivos racionalmente projetados, os fenômenos observados na natureza, condicionando-os à área e ao tempo economicamente viáveis. Geralmente, são os mais utilizados.

Esse processo é dividido em duas modalidades: o tratamento aeróbio e o tratamento anaeróbio, sendo a diferença entre eles a ausência ou não de oxigênio no processo de estabilização da matéria orgânica presente no esgoto.

A DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) é um dos parâmetros mais utilizados no que se refere ao tratamento de esgotos. “A DBO retrata a quantidade de oxigênio requerida para estabilizar, através de processos bioquímicos, a matéria orgânica carbonácea” (SPERLING, 1996, p. 66).

Assim, num efluente, quanto maior a quantidade de matéria orgânica biodegradável maior é esse índice.

4. AS PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO BIOLÓGICO DE ESGOTOS

O objetivo deste tópico do artigo é apresentar os principais processos de tratamento biológico de esgotos, atualmente utilizadas no Brasil, sem aprofundar nos respectivos aspectos de dimensionamento.

4.1 LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO

4.1.1  LAGOA FACULTATIVA

O termo facultativa advém do fato de que nesse sistema predominam as bactérias facultativas, com capacidade de adaptação aos dois ambientes formados: aeróbios (mais à superfície) e anaeróbios (no fundo das lagoas).

O processo de tratamento por lagoas facultativas é simples e constitui-se unicamente por processos naturais, que podem ocorrer em três zonas da lagoa: zona anaeróbia, zona aeróbia e zona facultativa. Após a entrada do efluente na lagoa, a matéria orgânica em suspensão sedimenta e forma o lodo de fundo. Esse sofre tratamento anaeróbio na parte mais profunda da lagoa. Já a matéria orgânica dissolvida e a matéria orgânica em suspensão de pequenas dimensões permanecem dispersas na massa líquida e serão decompostas pelas bactérias facultativas, que têm a capacidade de sobreviver tanto na presença quanto na ausência de oxigênio. Nas zonas mais superficiais da lagoa, a matéria orgânica é decomposta aerobicamente, ou seja, na presença de oxigênio, que é fornecido por trocas gasosas da superfície líquida com a atmosfera e pela fotossíntese realizada pelas algas existentes na lagoa. Na zona aeróbia há um equilíbrio entre o consumo e a produção de oxigênio e gás carbônico. Enquanto as bactérias produzem gás carbônico e consomem oxigênio, por meio da respiração, as algas produzem oxigênio e consomem gás carbônico, por meio da fotossíntese.

À medida que se aprofunda na lagoa, a penetração da luz é menor, o que ocasiona a predominância do consumo de oxigênio (respiração) sobre a produção (fotossíntese), com a eventual ausência de oxigênio dissolvido a partir de uma certa profundidade. Ademais, a fotossíntese só ocorre durante o dia, fazendo com que durante a noite possa prevalecer a ausência de oxigênio. Devido a estes fatos, é essencial que as principais bactérias responsáveis pela estabilização da matéria orgânica sejam facultativas, para poder sobreviver e proliferar, tanto na presença, quanto na ausência de oxigênio. (SPERLING, 1996, p.188).

O processo de lagoas facultativas é essencialmente natural, não necessitando de nenhum equipamento. Por esta razão, a estabilização da matéria orgânica se processa em taxas mais lentas, implicando na necessidade de um elevado período de detenção na lagoa (usualmente superior a 20 dias). A fotossíntese, para que seja efetiva, necessita de uma elevada área de exposição para o melhor aproveitamento da energia solar pelas algas, também implicando na necessidade de grandes unidades. Desta forma, a área total requerida pelas lagoas facultativas é a maior dentre todos os processos de tratamento dos esgotos (excluindo-se os processos de disposição sobre o solo). (SPERLING, 1996, p.188).

Segundo Marcos Von Sperling (1996), a eficiência na remoção de DBO das lagoas facultativas está entre 70 a 85%.

4.1.2 LAGOAS ANAERÓBIAS SEGUIDAS POR LAGOAS FACULTATIVAS (SISTEMA AUSTRALIANO)

O sistema de tratamento de esgoto constituído por lagoas anaeróbias seguidas por lagoas facultativas é conhecido como sistema australiano. Segundo Marcos Von Sperling (1996), comparado a uma lagoa facultativa única, o sistema australiano, em termos de área total, possibilita uma redução da ordem de 1/3. Isso ocorre porque o efluente advindo da lagoa anaeróbia a ser tratado na lagoa facultativa tem uma carga de esgoto bruto de apenas 40 a 50%, podendo esta ter dimensões menores.

A lagoa anaeróbia tem dimensões menores e maior profundidade. Devido a essas características, a fotossíntese praticamente não ocorre, predominando, portanto, condições anaeróbias nessa lagoa.

A decomposição da matéria orgânica na lagoa anaeróbia é apenas parcial, com remoção da DBO da ordem de 50 a 60%, segundo Marcos Von Sperling (1996), mas representa uma grande contribuição, aliviando sobremaneira a carga para a lagoa facultativa seguinte.

O sistema tem uma eficiência ligeiramente superior à de uma lagoa facultativa única, é conceitualmente simples e fácil de operar. No entanto, a existência de uma etapa anaeróbia em uma unidade aberta é sempre uma causa de preocupação, devido à possibilidade da liberação de maus odores. Caso o sistema esteja bem equilibrado, a geração de mau cheiro não deve ocorrer. No entanto, eventuais problemas operacionais podem conduzir à liberação de gás sulfídrico, responsável por odores fétidos. Por essa razão, o sistema australiano é normalmente localizado onde é possível haver um grande afastamento das residências. (SPERLING, 1996, p.189).

Segundo Marcos Von Sperling (1996), a eficiência na remoção de DBO do sistema australiano está entre 70 a 90%.

4.1.3 LAGOAS AERADAS FACULTATIVAS

A principal diferença entre esse sistema e uma lagoa facultativa convencional é que o oxigênio, ao invés de ser produzido por fotossíntese, realizada pelas algas, é fornecido por aeradores mecânicos.

Com isto, consegue-se uma maior introdução de oxigênio, comparada à lagoa facultativa convencional, permitindo que a decomposição da matéria orgânica se dê mais rapidamente. Em decorrência, o tempo de detenção do esgoto na lagoa pode ser menor (da ordem de 5 a 10 dias), ou seja, o requisito de área é bem inferior. (SPERLING, 1996, p.190).

A lagoa é denominada facultativa pelo fato do nível de energia introduzido pelos aeradores ser suficiente apenas para a oxigenação, mas não para manter os sólidos (bactérias e sólidos do esgoto) em suspensão na massa líquida. Desta forma, os sólidos tendem a sedimentar e constituir a camada de lodo de fundo, a ser decomposta anaerobiamente. Apenas a DBO solúvel e finamente particulada permanece na massa líquida, vindo a sofrer decomposição aeróbia. A lagoa se comporta, portanto, como uma lagoa facultativa convencional. (SPERLING, 1996, p.190).

As lagoas aeradas facultativas são mais complexas em termos de manutenção e operação do que as lagoas facultativas convencionais, devido à introdução de mecanização. Assim, apesar de requererem uma área menor, exigem maior complexidade operacional e consomem energia elétrica.

Segundo Marcos Von Sperling (1996), a eficiência na remoção de DBO das lagoas aeradas facultativas está entre 70 a 90%.

4.1.4 LAGOAS AERADAS DE MISTURA COMPLETA SEGUIDAS POR LAGOAS DE DECANTAÇÃO

O processo de decantação após o tratamento da lagoa aerada melhora o padrão de lançamento do efluente no corpo d’água, pois retira grande parte de sólidos suspensos.

Com o intuito (ou na necessidade) de se reduzir ainda mais a área ocupada, pode-se recorrer à maior intensidade de aeração (energia introduzida por unidade de volume da lagoa), o que leva à produção e atividade também mais intensas de biomassa bacteriana. (FLORENCIO; BASTOS; AISSE, 2006, p. 66).

Assim, a biomassa permanece dispersa no meio líquido (em mistura completa) em elevada concentração, o que aumenta a eficiência de remoção da DBO. No entanto, os elevados teores de sólidos (bactérias) necessitam ser removidos antes do lançamento no corpo receptor, em lagoas de decantação. (FLORENCIO; BASTOS; AISSE, 2006, p. 66).

A lagoa de decantação é dimensionada com um tempo de detenção bem reduzido, em torno de 2 dias. Nela, os sólidos vão para o fundo, onde são armazenados por um período de alguns anos, após o qual são removidos. Há também lagoas de decantação com remoção contínua do lodo de fundo, através de bombas acopladas em balsas. (SPERLING, 1996, p.191).

A área requerida por este sistema de lagoas é a menor dentre os sistemas de lagoas. Os requisitos de energia são similares aos demais sistemas de lagoas aeradas. No entanto, os aspectos relativos ao manuseio do lodo podem ser mais complicados, devido ao fato de se ter um menor período de armazenagem na lagoa, comparado com os outros sistemas. Caso a remoção de lodo seja periódica, tal ocorrerá numa frequência aproximada em torno de 2 a 5 anos. A remoção do lodo é uma tarefa laboriosa e cara. (SPERLING, 1996, p.191).

Segundo Marcos Von Sperling (1996), a eficiência na remoção de DBO das lagoas aeradas  de mistura completa seguidas por lagoas de decantação está entre 70 a 90%.

4.1.5 REATOR ANAERÓBIO DE MANTA DE LODO (UASB)

Esse reator se consagrou no mundo como UASB, nomenclatura em inglês que significa upflow anaerobic sludge blanket. No Brasil, ele é frequentemente denominado de reator anaeróbio de fluxo ascendente (RAFA). O contato biomassa-esgoto, promovidos pelo próprio fluxo hidráulico ascendente e gases gerados das reações de processamento da matéria orgânica, acaba por estabilizar o esgoto, formando lodo dentro do reator.

No tanque do UASB ocorre a sedimentação dos sólidos suspensos do esgoto, que, pela sua densidade e devido ao fluxo hidráulico ascendente, ficam retidos no manto de lodo biológico espesso; da mesma forma, a sedimentação do lodo biológico eventualmente ascende, mas para o qual é essencial a instalação também de um separador de sólidos na parte superior do tanque. O UASB é um reator, portanto, que desempenha o papel de digestão da parte sólida retida, seja o lodo dos esgotos, como de parte da própria biomassa presente, daí resultar um lodo já bem estabilizado, requerendo depois somente secagem, quando do descarte do lodo de excesso. E sendo reator, é evidente que ocorrem também as reações para o processamento da parte solúvel que vem com os esgotos. Portanto, a grosso modo, o UASB é ao mesmo tempo um decantador primário, um reator biológico propriamente dito, um decantador secundário e um digestor de lodo. (CAMPOS, 1999, p.78).

Segundo Marcos Von Sperling (1996), a eficiência na remoção de DBO dos reatores UASB está entre 60 a 80%.

4.1.6 DECANTO-DIGESTORES

Os tanques sépticos são exemplos de decanto-digestores. Em termos de configuração e funcionamento como reator, o tanque séptico se assemelha à lagoa anaeróbia.

Predominam, pois, os mecanismos físicos de sedimentação, com o lodo de esgoto se depositando no fundo do tanque, ocorrendo a remoção majoritariamente da DBO particulada, mesmo depois do desenvolvimento e retenção da biomassa anaeróbia. A estabilização da DBO solúvel é pequena, uma vez que no reator ocorrem os mesmos problemas da lagoa anaeróbia, por causa do fluxo hidráulico interno que não favorece a mistura e contato entre biomassa e esgoto solúvel. (CAMPOS, 1999, p.76).

4.1.7 FILTRO ANAERÓBIO

O filtro anaeróbio é constituído por um meio suporte com microrganismos. Pode-se dizer que o filtro anaeróbio representa um sistema de tratamento secundário físico-biológico. É de grande utilidade em projetos que requerem um melhor grau de tratamento que o simples uso de tanque séptico seguido de infiltração no solo.

O filtro anaeróbio caracteriza-se por ser uma configuração de reator no interior do qual se preenche parte do seu volume com material de enchimento inerte, que permanece estacionário, e onde se forma um leito de lodo biológico fixo, uma vez que aí de desenvolve uma biomassa aderida. O material de enchimento serve como suporte para os microrganismos, que formam películas ou biofilmes na sua superfície, propiciando alta retenção de biomassa no reator. Portanto, o filtro anaeróbico é tipicamente um reator com imobilização de biomassa por aderência em meio suporte fixo, que se mantém estacionário (CAMPOS, 1999, p.76).

O filtro anaeróbio apresenta alguma similaridade conceitual com os filtros biológicos aeróbios: em ambos os casos, a biomassa cresce aderida a um meio suporte, usualmente pedras. No entanto, o filtro anaeróbio apresenta algumas importantes diferenças:

      • o fluxo do líquido é ascendente, ou seja, a entrada é na parte inferior do filtro, e a saída na parte superior;
      • o filtro trabalha afogado, ou seja, os espaços vazios são preenchidos com líquido;
      • a carga de DBO aplicada por unidade de volume é bastante elevada, o que garante as condições anaeróbias e repercute na redução de volume do reator;
      • a unidade é fechada (SPERLING, 1996, p. 202).

Segundo Marcos Von Sperling (1996), a eficiência na remoção de DBO do sistema de tanque séptico seguido de um filtro anaeróbio está entre 70 a 90%.

4.1.8 LODO ATIVADO

Tal processo consiste na estabilização da matéria orgânica presente no efluente a ser tratado por meio da introdução de oxigênio no sistema para remoção da DBO, em processo de decomposição aeróbica dos organismos presentes no esgoto.

Ainda que apresentem variações em certos detalhes, os processos de lodos ativados consistem essencialmente da agitação de uma mistura de águas residuárias com um certo volume de lodo biologicamente ativo, mantido em suspensão por uma aeração adequada e durante um tempo necessário para converter uma porção biodegradável daqueles resíduos ao estado inorgânico, enquanto que o remanescente é convertido em lodo adicional. Tal lodo é separado por uma decantação secundária e em grande parte, é retornado ao processo sendo que a quantidade em excesso é disposta pelos meios usuais (digestão) (FUNASA, 2007, p. 223).

Os lodos ativados consistem de agregados floculentos de microrganismos, materiais orgânicos e inorgânicos. Os microrganismos considerados incluem bactérias, fungos, protozoários e metazoários como rotíferos, larvas de insetos e certos vermes. Todos eles se relacionam por uma cadeia de alimentação: bactérias e fungos decompõem o material orgânico complexo e por essa atividade se multiplicam servindo de alimento aos protozoários, os quais, por sua vez, são consumidos pelos metazoários que também podem se alimentar diretamente de bactérias, fungos e mesmo de fragmentos maiores dos flocos de lodos ativados (FUNASA, 2007, p. 223).

O processo envolve então um estágio de aeração seguida por uma separação de sólidos da qual o lodo obtido é recirculado para se misturar com o esgoto. Na etapa de aeração ocorre uma rápida adsorção e floculação dos materiais orgânicos dissolvidos e em suspensão coloidal. Ocorre ainda uma oxidação progressiva e uma síntese dos compostos orgânicos adsorvidos e daqueles que são continuamente removidos da solução. Finalmente, oxidação e dispersão das partículas de lodo com o prosseguimento da aeração (FUNASA, 2007, p. 223).

O processo dos lodos ativados é o mais versátil dos processos biológicos de tratamento. Pode produzir um efluente com concentração de matéria orgânica variando de muito alta a muito baixa. Historicamente, foi desenvolvido a partir de 1913 na Inglaterra e permaneceu sem sofrer grandes alterações por quase trinta anos. Quando começaram as mudanças elas foram provocadas mais pelos operadores das estações, ao tentarem solucionar problemas especiais, do que propriamente por engenheiros envolvidos em projetos ou pesquisas. Com o avanço da tecnologia, entretanto, começaram os grupos de pesquisa a trazer sua contribuição em termos de modificações básicas no processo (FUNASA, 2007, p. 223).

Segundo Sperling (1996, p. 192), “a concentração de sólidos em suspensão no tanque de aeração nos sistemas de lodos ativados é mais de 10 vezes superior à de uma lagoa aerada de mistura completa”.

O sistema de lodos ativados convencional ocupa áreas bastante inferiores às do sistema de lagoas. No entanto, o fluxograma do sistema é complicado, requerendo uma elevada capacitação para a sua operação. Os gastos com energia elétrica para aeração são um pouco superiores aos das lagoas aeradas (SPERLING, 1996, p.194).

Segundo Marcos Von Sperling (1996), a eficiência na remoção de DBO desse sistema é de 85 a 93%.

4.1.9 FILTROS BIOLÓGICOS

O processo é semelhante ao do lodo ativado, mas necessita de um meio suporte que retém os microrganismos.

Os filtros biológicos consistem de um leito de material suporte que retém os microrganismos. Os líquidos são alimentados no filtro, e neste se mantém a presença de ar, o que garante o desenvolvimento de organismos aeróbios responsáveis pela degradação da matéria orgânica (CETESB, 1998, p. 22).

Os filtros biológicos se classificam, segundo sua carga hidráulica e orgânica, em filtros de baixa e alta carga.

Nos sistemas de filtros biológicos de baixa carga, a quantidade de DBO aplicada é menor. Com isso, a disponibilidade de alimentos é menor, o que resulta numa estabilização parcial do lodo (auto-consumo da matéria orgânica celular) e numa maior eficiência do sistema na remoção da DBO, de forma análoga ao sistema de aeração prolongada nos lodos ativados. Essa menor carga de DBO por unidade de superfície do tanque está associada a maiores requisitos de área, comparado ao sistema de alta carga (SPERLING, 1996, p. 197).

O sistema de baixa carga é simples conceitualmente. Embora de eficiência comparável à do sistema de lodos ativados convencional, a operação é mais simples, porém menos flexível. Os filtros biológicos têm uma menor capacidade de se ajustar a variações do afluente, além de requererem uma área total um pouco superior. Em termos de consumo de energia, os filtros apresentam um consumo bastante inferior ao dos lodos ativados (SPERLING, 1996, p. 198).

Os filtros biológicos de alta carga são conceitualmente similares aos de baixa carga. No entanto, por receberem uma maior carga de DBO por unidade de volume de leito, o requisito de área é menor. Em paralelo, tem-se também uma ligeira redução na eficiência de remoção da matéria orgânica, e a não estabilização do lodo no filtro (SPERLING, 1996, p. 198).

Uma outra diferença diz respeito à existência de recirculação do efluente. Esta é feita com os objetivos principais de (a) manter a vazão aproximadamente uniforme durante todo o dia (à noite, os braços distribuidores poderiam não rodar, devido à baixa vazão, o que poderia secar o leito), (b) equilibrar a carga afluente e (c) possibilitar uma nova chance de contato da matéria orgânica efluente. Diferentemente do sistema de lodos ativados, a recirculação nos filtros de alta carga é do efluente, e não do lodo sedimentado. (SPERLING, 1996, p. 198).

Outra forma de se melhorar a eficiência dos filtros biológicos, ou de se tratar esgotos mais concentrados em matéria orgânica, é através da utilização de dois filtros em série, denominado como um sistema de filtros biológicos de dois estágios (SPERLING, 1996, p. 199).

Segundo Marcos Von Sperling (1996), a eficiência na remoção de DBO do filtro biológico de baixa carga está entre 85 a 93%, e a do filtro de alta carga está entre 80 e 90%.

4.1.8 BIODISCOS

O biodisco difere dos filtros biológicos. No entanto, há a similaridade de que a biomassa cresce aderida a um meio suporte, que é o próprio biodisco.

O processo consiste de uma série de discos ligeiramente espaçados, montados num eixo horizontal. Os discos giram vagarosamente, e mantêm, em cada instante, cerca de metade da área superficial imersa no esgoto, e o restante exposta ao ar (SPERLING, 1996, p. 200).

Os discos têm usualmente menos de 3,6 metros de diâmetro, sendo geralmente construídos de plástico de baixo peso. Quando o sistema é colocado em operação, os microrganismos no esgoto começam a aderir às superfícies rotativas, e ali crescem até que toda a superfície do disco esteja coberta por uma fina camada biológica, com poucos milímetros de espessura. À medida que os discos giram, a parte exposta ao ar traz uma película de esgotos, permitindo a absorção de oxigênio através do gotejamento e percolação junto à superfície dos discos. Quando os discos completam sua rotação, esse filme mistura-se com a massa líquida dos esgotos, trazendo ainda algum oxigênio e misturando os esgotos parcialmente e totalmente tratados. Com a passagem dos microrganismos aderidos à superfície do disco pelo esgoto, estes absorvem uma nova quantidade de matéria orgânica, utilizada para sua alimentação (SPERLING, 1996, p. 201).

Quando a camada biológica atinge uma espessura excessiva, ela se desgarra dos discos. Esses organismos que se desgarram são mantidos em suspensão no meio líquido devido ao movimento dos discos, aumentando a eficiência do sistema (SPERLING, 1996, p. 201).

Como no processo de filtros biológicos, os decantadores secundários são também necessários, visando à remoção dos organismos em suspensão.

Segundo Marcos Von Sperling (1996), a eficiência na remoção de DBO do biodisco está entre 85 a 93%.

5. ANÁLISE COMPARATIVA DOS PRINCIPAIS SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTOS

O objetivo deste tópico do artigo é apresentar as vantagens e desvantagens dos principais sistemas de tratamento de esgotos, bem como realizar uma análise comparativa das características técnicas mais relevantes das tecnologias de tratamento biológico de esgotos abordadas no item 2.

5.1 BALANÇO DE VANTAGENS E DESVANTAGENS SEGUNDO MARCOS VON SPERLING (1996)

5.1.1 LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO

5.1.1.1 LAGOA FACULTATIVA

As principais vantagens desse sistema são:

  • satisfatória eficiência na remoção de DBO;
  • construção, operação e manutenção simples;
  • reduzidos custos de implantação e operação;
  • ausência de equipamentos mecânicos;
  • requisitos energéticos praticamente nulos;
  • satisfatória resistência a variações de carga;
  • remoção de lodo é necessária apenas após períodos superiores a 20 anos.

As principais desvantagens desse sistema são:

  • exige grandes áreas;
  • dificuldade em satisfazer padrões de lançamento bem restritivos;
  • a facilidade de operar pode ocasionar a falta de manutenção;
  • sistema dependente de condições de temperatura e incidência solar;
  • eventual proliferação de insetos.

5.1.1.2 LAGOAS ANAERÓBIAS SEGUIDAS POR LAGOAS FACULTATIVAS (SISTEMA AUSTRALIANO)

 As principais vantagens desse sistema são:

  • idem lagoas facultativas;
  • requisitos de área inferiores ao sistema de lagoa facultativa.

As principais desvantagens desse sistema são:

  • possibilidade de maus odores na lagoa anaeróbica;
  • eventual necessidade de elevatórias de recirculação do efluente, para controle de maus odores;
  • necessidade de um afastamento razoável das residências circunvizinhas.

5.1.1.3 LAGOAS AERADAS FACULTATIVAS

As principais vantagens desse sistema são:

  • simplificação na construção, operação e manutenção;
  • requer área inferior ao sistema de lagoa facultativa e de anaeróbio-facultativa;
  • eficiência na remoção da DBO ligeiramente superior à das lagoas facultativas;
  • satisfatória resistência a variações de carga;
  • reduzidas possibilidades de maus odores.

As principais desvantagens desse sistema são:

  • introdução de equipamentos;
  • ligeiro aumento no nível de sofisticação;
  • requisitos de área ainda elevados;
  • requisitos de energia relativamente elevados.

5.1.1.4 LAGOAS AERADAS DE MISTURA COMPLETA SEGUIDAS POR LAGOAS DE DECANTAÇÃO

 As principais vantagens desse sistema são:

  • idem lagoas aeradas facultativas;
  • menores requisitos de área de todos os sistemas de lagoas.

As principais desvantagens desse sistema são:

  • as mesmas desvantagens de lagoa aerada facultativa (exceto: parâmetro de área);
  • rápido processo de acumulação de lodo (cerca de 2 a 5 anos);
  • necessidade de limpeza periódica do lodo.

5.1.2 REATOR ANAERÓBIO DE MANTA DE LODO (UASB)

As principais vantagens desse sistema são:

  • boa eficiência na depuração de DBO;
  • baixos requisitos de área;
  • baixos custos de implantação e operação;
  • reduzido consumo de energia;
  • não necessita de meio suporte;
  • construção, operação e manutenção simples;
  • baixíssima produção de lodo;
  • estabilização do lodo no próprio reator;
  • boa desidratabilidade do lodo;
  • necessidade apenas da secagem e disposição final do lodo;
  • rápido reinício após períodos de paralisação.

As principais desvantagens desse sistema são:

  • dificuldade em satisfazer padrões de lançamento bem restritivos;
  • possibilidade de efluentes com aspecto desagradável;
  • remoção de N e P insatisfatória;
  • possibilidade de maus odores (embora possam ser controlados);
  • a partida do processo é geralmente lenta;
  • relativamente sensível a variações de carga;
  • usualmente necessita de pós-tratamento.

3.1.3 DECANTO-DIGESTORES

As principais vantagens desse sistema são:

  • construção, operação e manutenção simples;
  • baixos custos de implantação e operação;
  • baixos requisitos de área;
  • não há consumo de energia;
  • não necessita de meio suporte;
  • boa adaptação a diferentes tipos e concentrações de esgotos;
  • boa resistência a variações de carga.

As principais desvantagens desse sistema são:

  • o tratamento não apresenta alta eficiência, mas produz efluente que pode ser encaminhado a um pós-tratamento complementar que remova matéria orgânica dissolvida;
  • dificuldade em satisfazer padrões de lançamento bem restritivos;
  • possibilidade de efluentes com aspecto desagradável;
  • remoção de N e P insatisfatória;
  • possibilidade de maus odores (embora possam ser controlados);
  • riscos de entupimento.

5.1.4 FILTRO ANAERÓBIO

As principais vantagens desse sistema são:

  • construção, operação e manutenção simples;
  • baixos custos de implantação e operação;
  • baixos requisitos de área;
  • não há consumo de energia;
  • baixa produção de lodo;
  • boa resistência a variações de carga.

As principais desvantagens desse sistema são:

  • dificuldade em satisfazer padrões de lançamento bem restritivos;
  • possibilidade de efluentes com aspecto desagradável;
  • remoção de N e P insatisfatória;
  • possibilidade de maus odores (embora possam ser controlados);
  • riscos de entupimento.

5.1.5 LODO ATIVADO

As principais vantagens desse sistema são:

  • elevada eficiência na remoção de DBO;
  • nitrificação usualmente obtida;
  • possibilidade de remoção biológica de N e P;
  • baixos requisitos de área;
  • processo confiável, desde que supervisionado;
  • baixa ocorrência de mau odor, insetos e vermes;
  • flexibilidade operacional.

As principais desvantagens desse sistema são:

  • elevados custos de implantação e operação;
  • elevado consumo de energia;
  • necessidade de operação sofisticada;
  • elevado índice de mecanização;
  • relativamente sensível a descargas tóxicas;
  • necessidade do tratamento completo do lodo;
  • possíveis problemas ambientais com ruídos e aerosóis.

 

5.1.6 FILTROS BIOLÓGICOS

5.1.6.1 FILTRO BIOLÓGICO DE BAIXA CARGA

As principais vantagens desse sistema são:

  • alta eficiência na depuração de DBO;
  • nitrificação frequente;
  • necessidade de área relativamente baixa;
  • mais simples conceitualmente do que lodos ativados;
  • índice de mecanização relativamente baixo;
  • equipamentos mecânicos simples.

As principais desvantagens desse sistema são:

  • flexibilidade operacional menor do que o sistema de lodo ativado;
  • elevados custos de implantação;
  • requisitos de área mais elevados do que os filtros biológicos de alta carga;
  • eventual problema com insetos;
  • alta perda de carga.

5.1.6.2 FILTRO BIOLÓGICO DE ALTA CARGA

As principais vantagens desse sistema são:

  • boa eficiência na remoção de DBO;
  • maior flexibilidade operacional do que filtros de baixa carga;
  • melhor resistência a variações de carga que filtros de baixa carga;
  • reduzidas possibilidades de maus odores.

As principais desvantagens desse sistema são:

  • operação ligeiramente mais sofisticada do que os filtros de baixa carga;
  • elevados custos de implantação;
  • relativa dependência da temperatura do ar;
  • necessidade do tratamento completo do lodo e da sua disposição final;
  • elevada perda de carga.

5.1.7 BIODISCOS

As principais vantagens desse sistema são:

  • elevada eficiência na remoção da DBO;
  • nitrificação frequente;
  • requisitos de área bem baixos;
  • equipamento mecânico simples;
  • reduzidas possibilidades de maus odores;
  • reduzida perda de carga.

As principais desvantagens desse sistema são:

  • elevados custos de implantação;
  • adequado principalmente para pequenas populações (para não necessitar de número excessivo de discos);
  • exigência de proteção mecânica dos discos;
  • relativa dependência da temperatura do ar;
  • necessidade do tratamento completo do lodo (eventualmente sem digestão, caso os discos sejam instalados sobre tanques Imhoff) e da sua disposição final.

5.2 ANÁLISE COMPARATIVA DAS PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DOS SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTOS ABORDADOS NO TÓPICO 2 DESTE ARTIGO

Tal análise se encontra na tabela abaixo:

Figura 1 – Tabela comparativa dos processos de tratamento biológico de esgoto

NA: Não Aplicável;
(a) Uma remoção adicional de nutrientes pode ser obtida por meio de modificações no processo.
Fonte: Marcos Von Sperling (1996)

Conforme já mencionado, a utilização de cada sistema de tratamento de esgoto depende das condições operacionais e do padrão de lançamento requerido pelo corpo receptor, podendo os processos serem utilizados de forma combinada, para melhorar a eficiência da remoção de DBO ou sofrerem modificações para remoção adicional de nutrientes.

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

As tecnologias de tratamento de esgotos são desenvolvidas tendo por objetivo a devolução do efluente à natureza. As exigências para atender aos padrões de qualidade dos corpos receptores e mananciais de abastecimento são restritivas, em decorrência da fragilidade dos ecossistemas aquáticos e da necessidade de preservação dos usos múltiplos da água. Assim, necessita-se de substancial redução da carga de matéria orgânica biodegradável e de sólidos em suspensão, de macronutrientes como o nitrogênio e o fósforo, de remoção ou inativação de diversos grupos de organismos patogênicos, além do controle das concentrações de inúmeros constituintes químicos com propriedades tóxicas à saúde humana e à biota aquática.

Os processos biológicos de depuração do esgoto são mais usualmente utilizados devido ao custo e à relativa facilidade de operação, podendo ser combinados para melhorar a eficiência da remoção de matéria orgânica, a depender das condições locais de operação e do objetivo requerido.

Em contraste ao grande número de tecnologias de tratamento existentes, sobre o volume de esgotos sanitários coletados e tratados pelos serviços públicos no Brasil, dados da PNSB 2008 permitem inferir que somente 53% dos esgotos coletados no País são tratados, antes de sua disposição no ambiente. Além disso, em 2010, 35% da população brasileira contavam com soluções inadequadas para o afastamento de seus esgotos (lançamento em fossa rudimentar, rio, lago ou mar, ou outro escoadouro, ou não tem banheiro ou sanitário) (IBGE, 2011).

O déficit de atendimento por esgotamento sanitário reflete, além da inacessibilidade ao seu afastamento nos domicílios, a parcela da população interligada à rede, mas não servida por sistema de tratamento. Assim, conforme Plano Nacional de Saneamento Básico (2013), enquanto 48% da população possui condições adequadas para disposição de seus dejetos, o restante é composto, em sua maioria, pela fração de rede não interligada à unidade de tratamento e por fossas rudimentares, denominação genérica utilizada pelo IBGE para “fossas negras, poço, buraco, etc.”, dentre as quais se encontram os diversos outros tipos de fossa, à exceção da séptica. Compõe ainda o déficit a parcela de domicílios sem sanitário, bem como o lançamento direto dos efluentes em escoadouros de forma indevida.

Segundo estudo do Programa de Modernização do Setor de Saneamento – PMSS em relação à meta estabelecida para o esgotamento sanitário, no que concerne aos Objetivos de Desenvolvimento do Milênio (ODM), dos quais o governo brasileiro é signatário, estimou-se que a cobertura em 2015 deveria ser de 69,71% da população brasileira com soluções adequadas e que, a se seguir o ritmo de avanço da cobertura populacional, haveria uma baixa probabilidade – 29,81% – de que fosse alcançada. (IBGE, 2017)

Apesar do Brasil não ter alcançado a meta do PMSS para 2015, o tratamento de esgoto no país evoluiu nos últimos anos, apesar de ainda ser baixo o volume coletado por rede – cerca de 67% – mas que desse percentual nem tudo é processado em uma estação de tratamento – somente 77%, segundo a Pesquisa Nacional de Saneamento Básico de 2017. (IBGE, 2017)

Assim, investir no tratamento de esgoto é fundamental para o alcance da sustentabilidade, de forma a garantir o abastecimento de água, dentro dos padrões de quantidade e qualidade requeridos, para as futuras gerações.

Então, a partir do presente artigo, pode-se concluir que a não adoção de qualquer sistema de tratamento seja inconcebível, diante do grande número de alternativas disponíveis, a custos relativamente baixos.

Somente a conscientização da população pode mudar esse cenário, para forçar os governantes a priorizarem os investimentos adequados em saneamento básico, para que seja alcançada a universalização dos serviços de tratamento adequado de esgoto.

Nota-se o esforço do Governo Federal, com políticas públicas de longo prazo, em mudar esse cenário no País. Tal esforço pode ser verificado com a aprovação, recentemente, do Plano Nacional de Saneamento Básico – PLANSAB (2013), o que demonstra a vontade de toda a sociedade na busca da universalização do acesso aos serviços públicos de abastecimento de água, esgotamento sanitário, manejo de resíduos sólidos e manejo de águas pluviais.

Além disso, espera-se que, com a aprovação do novo marco legal do saneamento, o país alcance mais rapidamente melhores índices de tratamento de esgoto, pois a lei exige a pactuação de metas de desempenho com as companhias de saneamento (públicas ou privadas), sob pena de perderem a concessão da prestação do serviço caso não as cumprem. Isso impulsionará a prestação de melhores serviços à população, o que pode mudar, em médio prazo, o cenário negativo em que o País se encontra na questão de tratamento de esgoto.

REFERÊNCIAS

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FARRUGIA, Beatriz. Sistemas biológicos para tratamento de efluentes. Revista TAE. Disponível em: <https://www.revistatae.com.br/Artigo/444/sistemas-biologicos-para-tratamento-de-efluentes>. Acesso em 02/10/2020.

FUNDAÇÃO NACIONAL DE SAÚDE. Manual de Saneamento. Brasília: FUNASA, 2007. Disponível em: <https://wp.ufpel.edu.br/ccz/files/2016/03/FUNASA-MANUAL-SANEAMENTO.pdf >. Acesso em: 15/09/2020.

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INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Pesquisa nacional de saneamento básico 2017: abastecimento de água e esgotamento sanitário / IBGE, Coordenação de População e Indicadores Sociais. – Rio de Janeiro: IBGE, 2020.

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SPERLING, Marcos Von. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 2. ed. Belo Horizonte: Universidade Federal de Minas Gerais, 1996.

[1] Especialista em Saneamento Ambiental (AVM Faculdade Integrada), em Licenciamento Ambiental (AVM Faculdade Integrada) e em Direito Ambiental (Faculdade Internacional Signorelli). Graduado em Engenharia Civil e Ambiental (Universidade de Brasília).

[2] MBA em Planejamento, Orçamento e Gestão Pública (FGV – Fundação Getúlio Vargas), MBA em Gestão em Engenharia de Custos (IBEC – Instituto Brasileiro de Engenharia de Custos), Especialista em Gerenciamento de Projetos (Faculdade Internacional Signorelli) e Especialista em Engenharia de Telecomunicações (UNESP – Universidade Estadual Paulista). Graduado em Engenharia Civil e Ambiental (UNESP – Universidade Estadual Paulista).

Enviado: Fevereiro, 2021.

Aprovado: Setembro, 2021.

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